(57)【要約】【課題】  3相交流モータ制御には最低2相の電流を検出することが必要であるが、従来の方法では電流センサの異常を検出するためにもう１つの余分なセンサが必要となるので、コストアップ、スペースアップという問題があった。【解決手段】  ３相交流モータへ流れる3相交流電流のうちの第1相と第2相の電流をある測定タイミングで検出する電流センサ(3)の検出領域に、前記ある測定タイミング以外のときに、前記電流センサの磁気飽和点に達するような異常検査用電流を流す検査用電流供給手段(7a)と、前記異常検査用電流を流したときに前記電流センサによって計測された計測電圧値が飽和しているか否かによって電流センサの異常を判定する電流センサ異常判定手段(7b)とを具える3相交流モータ用電流センサの異常検出装置(7)を提供する。電流センサを追加することなく異常を検出できるので、コストダウン、省スペース化が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
3相交流モータの相電流値を計測し、計測した相電流値に応じた計測電圧を出力する3相交流モータ用電流センサの異常検出装置であって、
３相交流モータへ流れる3相交流電流のうちの第1相と第2相の電流をある測定タイミングで検出する電流センサの検出領域に、前記ある測定タイミング以外のときに、前記電流センサの磁気飽和点に達するような異常検査用電流を流す検査用電流供給手段と、
前記異常検査用電流を流したときに前記電流センサから出力された計測電圧値が飽和しているか否かによって電流センサの異常を判定する電流センサ異常判定手段と、
を具える3相交流モータ用電流センサの異常検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の3相交流モータ用電流センサの異常検出装置において、
前記電流センサ異常判定手段が、
前記異常検査用電流を流したときに前記電流センサによって計測された計測波形と、前記異常検査用電流を流したときのモータ駆動電流から求められる規定の波形とを比較し、同一であるか否かによって前記電流センサの異常を判定する、
ことを特徴とする3相交流モータ用電流センサの異常検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の3相交流モータ用電流センサの異常検出装置において、
前記検査用電流供給手段が、
前記電流センサを構成するコアに複数回巻きつけた巻き線を使って、前記異常検査用電流を増幅させる、
ことを特徴とする3相交流モータ用電流センサの異常検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか1項に記載の3相交流モータ用電流センサの異常検出装置において、
前記検査用電流供給手段が、
前記異常検査用電流を流す周期を長くする、
ことを特徴とする3相交流モータ用電流センサの異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は3相交流モータ用電流センサの異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の３相交流モータ用電流センサの異常検出技術（特許文献１を参照されたい。）では、３相交流電流の各相に電流センサを取り付け、電流センサの出力値の総和を演算し所定値と比較することにより電流センサ異常を検出していた。
また、他の従来技術（特許文献２を参照されたい。）では、３相の電流の合計が０となることを利用して、2相の電流センサの検出値からもう1相の電流値を算出し、この算出した電流値と検出した2相の電流値に基づいて電動機を制御するものであり、電流センサの異常（即ち、オフセット）を推定するために、モータの中性点にもう１つのセンサを設けるものであった。
【特許文献１】特開平6−253585号公報（段落0005-0007、図１）
【特許文献２】特開2001-119989号公報（段落0005-0007、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
３相交流モータ制御には最低２相の電流を検出することが必要であるが、従来の方法では電流センサの異常を検出するためにもう１つの余分なセンサ（即ち、少なくとも合計で３つのセンサ）が必要となるので、コストアップ、スペースアップという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述した諸課題を解決すべく、第１の発明による、３相交流モータの相電流値を計測し、計測した相電流値に応じた計測電圧を出力する３相交流モータ用電流センサの異常検出装置は、
3相交流モータへ流れる3相交流電流のうちの第1相と第2相の電流をある測定タイミング（即ち、モータを駆動する制御周期に基づく周期的なタイミング）で検出する電流センサの検出領域に、前記ある測定タイミング以外のときに（即ち、モータを駆動する制御周期の間だけ）、前記電流センサの磁気飽和点に達するような異常検査用電流を流す検査用電流供給手段（電圧発生器）と、
前記異常検査用電流を流したときに前記電流センサから出力された計測電圧値が飽和しているか否かによって前記電流センサの異常を判定する電流センサ異常判定手段（回路）と、
を具える。
【０００５】
また、第2の発明による3相交流モータ用電流センサの異常検出装置は、
前記電流センサ異常判定手段が、
前記異常検査用電流を流したときに前記電流センサによって計測された計測波形と、前記異常検査用電流を流したときのモータ駆動電流から求められる規定の波形とを比較し、同一であるか否かによって前記電流センサの異常を判定する、
ことを特徴とする。
【０００６】
また、第３の発明による3相交流モータ用電流センサの異常検出装置は、
前記検査用電流供給手段が、
前記電流センサを構成するコアに複数回巻きつけた巻き線を使って、前記異常検査用電流を増幅させる、
ことを特徴とする。
【０００７】
また、第４の発明による3相交流モータ用電流センサの異常検出装置は、
前記検査用電流供給手段が、
前記異常検査用電流を流す周期を長くする（即ち、モータ駆動制御周期から見て断続的に電流を流す、例えば、モータ駆動制御周期の３回に１回だけ正負に振幅させるように流す、或いは、モータ駆動制御周期の４回に１回だけ正に振幅させ、その2回後のタイミングで４回に１回だけ負に振幅させるように流すなど）、
ことを特徴とする。
上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明によれば、電流センサを追加することなく異常を検出できるので、コストダウン、省スペース化が可能となる。
また、第２の発明によれば、モータ駆動電流と検査用電流によって最初から磁気飽和点を超えているような計測値が電流センサから出力される場合であっても、モータ駆動電流を考慮して求めた規定の波形を使うことによって、異常判定を適切に行うことが可能となる。
また、第３の発明によれば、小さな異常検査用電流を巻き線で増幅させることができるため、異常検査用電流を小さくでき、そのための回路を小さくできるのでコストダウンが可能となる。
また、第４の発明によれば、検出回数を減らすことができるため、インダクタンスによる電流の立ち上がりが遅くても良かったり、電流センサ異常検出の演算負荷が小さくできたりするのでコストダウンが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、3相交流モータへ流れる3相交流電流の内の第1相と第2相の電流を検出する電流センサに、モータを駆動する制御周期の間だけ（即ち、センサを使っていない間）だけ検査用電流を流して異常を検出するものであり、最もコストがかかるセンサ部を異常検出用に流用するものである。また、電流センサを構成するコアに巻き線を複数回巻きつけることにより検査用電流を増幅させ、検査用電流の周期と入力タイミングを変化させることにより検出回数を減少させることが好適である。以降、諸図面を参照しつつ、本発明の実施態様を詳細に説明する。
【００１０】
図１に、本発明による3相交流モータ用電流センサの異常検出装置の基本的な構成を示す。ダイオードやIGBTなどで構成されるスイッチング素子を含むインバータ1からモータ5に流れる3相電流の2相分の電流センサ3に、異常検出用電圧発生器7aと電流センサ異常検出部7bとを含む電流センサ異常検出装置7を付加している。異常検出用電圧発生器7aで発生させた電流は電流センサ3のセンサ検出領域に流される。なお、一般的な電流センサは出力電圧飽和点よりも磁気飽和点に先に達する特性をもち、本願発明はこの磁気飽和点に達したときの電流波形の特徴を利用するものである。
【００１１】
電流センサは、測定領域を通る電流に応じて磁気回路（典型的にはホール素子）により出力電圧（計測電圧）を発生させる。異常検出用電圧発生器は制御周期を電流センサ異常検出部から受けモータ制御時以外の時間において電圧を印加し、検査用電流を駆動電流に付加し電流センサで測定する。検査用電流は電流センサの上下の誤差を検出するため正負の両方に流す。また、図1の構成を図2の構成に示すようにコア3aに巻き線3b（電流増幅手段）を何重にもすることによって低電流で効果が達成できる。特に、電気自動車などに搭載されたモータなどのような大電流を使う用途では、磁気飽和点が非常に大きい電流センサが利用されるため、このような巻き線を使った増幅手段を設けることが好適である。
【００１２】
図３にこの実施例で用いる電流センサの出力特性を示す。なお、電流センサの磁気飽和は、実際には実電流値が飽和開始電流値となった時点から徐々に飽和が始まるが、図３においては説明簡略化のために、飽和開始電流値となった時点で完全に飽和するものとした模式図で表している。図４に実電流、センサ読み取り値と共に0[A]の時の検査用電流、電流センサ出力電圧を示す。また、図4に実電流に対してセンサ読み取り値がマイナス側にずれた時の検査用電流、電流センサ出力電圧を示す。
電流センサ正常時は検査用電流に相似な出力電圧が生じる。一方、上記のようなセンサ異常時には実際の駆動電流が正側にずれることになる。そこで、読み取り値から磁気飽和点に達する振幅の検査用電流を流すと、上側の磁気飽和点を越すこととなり検査用電流に相似な出力電圧が出力されない。これにより異常を検出する。
【００１３】
手法1
図５に図１の構成で検査用電流として振幅がゼロから磁気飽和点に達するケース（図５ａ）と正側で磁気飽和点を超えるケース（図５ｂ）の検査用電流、出力電圧を時系列に示す。
また、図6に、磁気飽和点に達するケースである図５ａのときのフロー図を示す。まず、現在のモータ駆動電流値をサンプルホールド回路などの何らかの記憶手段で保持する（ステップS1）。そして、２つの電流制御ＡＤタイミング（即ち、モータ駆動用に電流を測定する瞬間）の間にゼロから磁気飽和点（正負の両側）までを検出用電流の振幅として出力する（ステップS2）。モータ駆動電流から算出される規定の波形と出力電圧波形が同一か否かを判定する（ステップS3）。同一でない場合、異常と判定する。
図５ｂの正側で磁気飽和点を超えるケースでは、モータ駆動電流に基づき算出される、或いは測定される規定の正常時出力電圧波形と、実際の計測波形とを比較して異常か否かを判定する。
【００１４】
手法2
図７に、電流センサ異常検出装置を２つ設けた実施例を示す。図に示すように、異常検出用電圧発生器9aと電流センサ異常検出部9bとを含む電流センサ異常検出装置9、および、異常検出用電圧発生器11aと電流センサ異常検出部11bとを含む電流センサ異常検出装置11を設けてある。図７の構成のように電流センサ異常検出部を二つ付加すればそれぞれの駆動電流のセンサ読み取り値から磁気飽和点までを上下振幅に使用することで効果が達成できる。
図８にこの時の検査用電流、出力電圧を時系列に示す。
また、図9にフロー図を示す。U相、Ｖ相は独立に判定を行う。まず、現在のモータ駆動電流値から磁気飽和点までを振幅として検出用電流を出力する（ステップP1,K1）。そして、出力電圧波形が飽和しているかどうか判定する（ステップP2,K2）。飽和している場合、異常と判定する。
【００１５】
手法3
図1の構成では手法2は使用できないが、図１０に示すようu相、Ｖ相を交互に判定することにより効果が達成できる。
また、図１１にフロー図を示す。まず、カウンタを1増加させ（ステップT1）、カウンタが奇数か偶数かを判定し（ステップT2）、カウンタが奇数の場合u相電流センサ異常検出を開始し（ステップT3）、偶数の場合はＶ相電流センサ異常検出を開始する（ステップT6）。そして手法2と同様に現在のモータ駆動電流値から磁気飽和点までを振幅として検出用電流を出力する（ステップT4,T7）。そして、出力電圧波形が飽和しているかどうか判定する（ステップT5,T8）。飽和している場合、異常と判定する。
なお、検出電流の入力時期と周期は次のようなものが考えられる。
周期1．制御周期間に電流波形一周期（図12）
周期2．制御周期間に電流波形半周期（図13）
周期3．数制御周期間毎に電流波形一周期（図14）
周期4．数制御周期間毎に電流波形半周期（図15）
周期1から周期2にすることによりインダクタンスによる電流の立ち上がりが遅くなったとしても電流異常検出が達成できる。
周期1から周期3もしくは周期4にすることにより電流センサ異常検出の演算負荷が小さくできる。即ち、計算能力の低い安価なマイコンやCPUなどで稼働するプログラムモジュールなどのソフトウェアを使うことが可能となる。
【００１６】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による3相交流モータ用電流センサの異常検出装置の基本的な構成を示す図である。
【図２】他の構成図である。
【図３】実施例の電流センサの特性を示す図である。
【図４】検査用電流による出力電圧を示す図である。
【図５】検査用電流と出力電圧（手法１）を示す図である。
【図６】フロー図（手法１）である。
【図７】実施例の他の構成図である。
【図８】検査用電流と出力電圧（手法２）を示す図である。
【図９】フロー図（手法２）である。
【図１０】検査用電流と出力電圧（手法３）を示す図である。
【図１１】フロー図（手法３）である。
【図１２】制御周期間に電流波形一周期の検査用電流図である。
【図１３】制御用期間に電流波形半周期の検査用電流図である。
【図１４】数制御周期間毎に電流波形一周期の検査用電流図である。
【図１５】数制御周期間毎に電流波形半周期の検査用電流図
【符号の説明】
【００１８】
1  インバータ
3  電流センサ
3a  コア
3b  巻き線
5  モータ
7a  異常検出用電圧発生器
7b  電流センサ異常検出部
7  電流センサ異常検出装置
9a,11a  異常検出用電圧発生器
9b,11b  電流センサ異常検出部
9,11  電流センサ異常検出装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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